神經網路損失函式的正則化

2021-10-13 19:05:22 字數 1548 閱讀 5483

無論l1、l2正則化方法,本質上都是乘法引數w使其等於或者趨向於0;但有沒有可能有一種正則化方法會使引數w趨向於非零值呢?

答案是:

可以這樣做 將w約束到a附近。

為什麼會產生這樣的結果呢?

可以從兩種角度去解釋:

解釋1:

黃色區域表示正則項限制,藍色區域表示優化項的等高線,要滿足在二者交點上的點才符合最優解w*。

故:當w的等高線逐步向正則限制條件區域擴散時,前者交點大多在非座標軸上,後者在座標軸上哪個形成稀疏解顯而易見、

解釋2:

先看l2正則:為什麼無法產生稀疏解,而只是將w各個引數壓縮。

l(w)+λw² 其導數為:

l』(w)+2λw

當w=0時,導數值為l『(0)。這和不帶正則項的損失函式在w=0時的導數一致。

如果此時的導數值為0,則說明w=0點為極值點,說明模型得到最優解。

這也就說明不帶正則項時的普通損失函式在w=0時模型也是最優解,正則項此時沒有任何意義,則說明如果w=0時,如果模型取得最優解,則導數為零,取決於l』(0)本身,而非正則項,因為正則項當w=0時不產生任何作用。

而為什麼l2正則可以壓縮模型的w值呢?

回到最初的公式:

而其中最小化 λ||w||² 則是讓w²的和最小,故可以使每個w都進行壓縮。

再看l1正則:為什麼就可以產生稀疏解呢?

l(w)+λ|w| 其導數由於|w|在0處不可導,則分情況討論:

我們想找到最優解,則令導數等於0。

當w>0時,l』(w)=-λ

當w<0時,l『(w)=λ

當w≠0時,只有當l』(w) = -λ 或者 λ 才可以使導數為0,概率極小;

而當w=0時,-λ< l』(w) < λ使得導數為零(利用次梯度方法),此時概率極大。

故l1範數可以產生稀疏解。

泰勒展開:

以二階導為例

則f(x+v)-f(x)=df(x)v,則我們可以得出: df(x)v為函式值的變化量,注意的是df(x)和v均為向量,df(x)v也就是兩個向量進行點積,而向量進行點積的最大值,也就是兩者共線的時候,也就是說v的方向和df(x)方向相同的時候,點積值最大,這個點積值也代表了從a點到b點的上公升量。

而df(x)正是代表函式值在x處的梯度。前面又說明了v的方向和df(x)方向相同的時候,點積值(變化值)最大,所以說明了梯度方向是函式區域性上公升最快的方向。也就證明了梯度的負方向是區域性下降最快的方向。

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